エレクトロルミネセントディスプレイの制御
マルチセグメントＥＬディスプレイ（１）と共に使用するコントローラを提供する。制御信号Ｃ１〜ＣＮは、複数のハーフＨ−ブリッジＨおよびＨｃを制御し、ハーフＨ−ブリッジの端子ははそれぞれグランドおよび高電圧ＤＣ電源（９）に接続される。前記ハーフＨ−ブリッジの１つは、コモン出力Ｖコモンを提供し、残りのＨ−ブリッジがディスプレイの各セグメントに対して駆動電圧Ｖ１〜ＶＮを提供する。Ｈブリッジは、発振器（１４）により駆動され、ディスプレイの各セグメントには交流電圧が選択的に印加される。電源（２４）は、ディスプレイの単位面積当たりに対し所定量の電力を提供する。この動作は、セグメントデータ入力部、セグメントカウンタおよびディスプレイの各セグメントに対応する面積データを含むメモリを有する面積積算エンジン（２２）によって制御される。セグメントデータ入力部からの入力に基づいて、メモリから点灯すべきセグメントの面積を得て積算し、点灯すべき総面積を提供する。これが電源（２４）に供給されると、電源（２４）がハーフＨ−ブリッジを介してディスプレイ（１）に適切な量の電力を供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネセント（以降ＥＬ）ディスプレイおよびそのコントローラに関し、特にこのようなコントローラに供給する電力の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＬディスプレイは、選択的に点灯可能な情報表示領域を有する。このようなディスプレイは、競合技術に対して大型化が可能でフレキシブルであり比較的安価であるという利点を有する。
【０００３】
１９５０年代にはＥＬランプが知られていたが、寿命が短く、フレキシブルＥＬ素子が開発されたのは１９８０年代に入ってからであった。しかしながら、これは液晶ディスプレイ用バックライトとして使用されたものであり、実用的なＥＬディスプレイが入手可能となったのはごく最近のことである。
【０００４】
ＥＬディスプレイは、通常硫化亜鉛粉等がドープされた蛍光体材料の層を２つの電極間に含む。少なくとも１つの電極は、通常インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明材料からなり、ポリエステルまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）膜等の透明基板上に設けられる。ディスプレイは、スクリーン印刷等により基板上に電極層および蛍光体層を堆積することにより形成され、不透明電極は例えば銀が充填された導電性インクで形成される。ＥＬ素子の例は、ＷＯ ００／７２６３８およびＷＯ ９９／５５１２１に記載される。
【０００５】
上述の一般的なＥＬディスプレイは、ランプの電極間に適当な周波数の交流電圧を加えて蛍光体を励起することにより点灯する。一般に、ＥＬディスプレイで使用される蛍光体は、数百ボルトの電圧を必要とする。典型的には、このようなＥＬディスプレイの容量は、１００ｐＦ〜１μＦの範囲である。
【０００６】
小さな電流しか必要とされないので、このような比較的大きい駆動電圧は、公知の「フライバックコンバータ」等の回路によって低電圧ＤＣ電源から容易に発生させることができる。
【０００７】
この回路は、直列に配置されたインダクタと発振スイッチとを含む。この発振スイッチと並列に、ダイオードとコンデンサとが直列に配置される。このスイッチは、開状態と閉状態との間で変動する。閉状態において、ＤＣ電源からインダクタとスイッチとに電流が流れる。スイッチが開くと、電流路が遮断されるが、インダクタに伴う磁界によって電流は流れ続ける。したがって、インダクタによりダイオードを通って電流が流れ、コンデンサを充電する。スイッチが閉じている間、ダイオードによりコンデンサの放電が阻止される。したがって、コンデンサは、ＤＣ電源電圧より高い電圧まで充電可能であり、この電圧での電流がコンデンサから得られる。
【０００８】
フライバックコンバータから負荷に交流電流を供給するために、コンデンサと並列にＨ−ブリッジを設けてもよい。Ｈ−ブリッジは、一般的に２本の並列なリムを備え、各リムは、第２のスイッチと直列に接続された第１のスイッチを有する。第１および第２スイッチの間の各リム上にはノードがあり、リムのそれぞれのノード間に負荷を接続する。電流は、一方のリムの第１のスイッチともう一方のリムの第２のスイッチを介して、負荷を通って一方向に流れ、残りの２つのスイッチを介して他方向に流れる。Ｈ−ブリッジのスイッチは、電流が負荷を通って、まず一方向に、次に他方向に流れるように動作する。
【０００９】
複数のＥＬセグメントを設けてディスプレイを形成する場合には、点灯すべきセグメント間で選択的に切り替える定電圧の単一高電圧レールを備えることにより、各セグメントを制御する。これは、１つのハーフＨ−ブリッジトランジスタ構造を用いて通常前面のコモン電極を制御し、多数のハーフＨ−ブリッジを用いて複数のセグメントをそれぞれ制御することによって達成される。コモン電極は、数十Ｈｚから数キロＨｚの領域の周波数で切り替えられる。点灯する必要のないセグメントは、有効電圧とならないようにコモン電極と同じ信号で駆動する。点灯する必要のあるセグメントは、高電圧レールの２倍のピークツーピーク値を持つ交流電圧となるようにコモン電極と同じ周波数であって逆相の信号で駆動する。このように駆動信号の位相を制御することにより、どのセグメントを点灯するかについて簡単に制御可能となる。
【００１０】
全てのセグメントの輝度は、高電圧レールの電圧を変えることによっておよび／またはスイッチング周波数を変えることによって制御可能である。各セグメントの輝度は、周波数が上がるにつれて増加する。高電圧レールの定電圧は通常、その電圧をモニターして変動を除去するよう入力電力を調整する手段によって得られる。
【特許文献１】ＷＯ ００／７２６３８
【特許文献２】ＷＯ ９９／５５１２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような装置は有用であるが、いくつかの重大な欠点を有する。特に、状況によってディスプレイは迅速に変化することを要求されることがあり、これによってディスプレイに供給する電力を急激に変化させる必要が生じる場合がある。例えば、大半のセグメントが点灯した状態から、殆どのセグメントまたは全てのセグメントが点灯しない状態に、ディスプレイを変化させることが必要になることがある。この場合、電圧を正確に調整する際に、問題が生じる可能性がある。さらに、従来の装置は、負荷に関係なく供給レールの定電圧を維持することに依存しているので、電力使用の能率がかなり悪くなる傾向があり、電池式の装置の場合にはこの問題は重大となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、ＥＬディスプレイ用のコントローラが提供され、このコントローラは、要求されたディスプレイ出力を得るためにディスプレイが必要とする電力の量を求め、略その量の電力をディスプレイに供給するよう構成されている。
【００１３】
したがって、本発明によれば、所定のディスプレイ出力を得るための正しい量の電力をシステムに伝達するよう電源が制御される。これによって従来技術の電圧フィードバック制御用ループを削除することが可能となる。
【００１４】
本発明は、対応する方法にも関し、別の側面から見ると、所定のディスプレイ出力を得るための正しい量の電力をシステムに伝達するよう電源が制御されるＥＬディスプレイの制御方法を提供する。
【００１５】
必要な電力の量を求める方法は、用途によって変わる可能性がある。例えば、参照テーブルを設けて全ての起こり得るディスプレイの構成に対する必要な電力を示してもよい。しかしながら、多くのセグメントを有するディスプレイの場合、これは実用的ではなく、点灯すべきディスプレイセグメントの数に基づいて必要な電力を求めるのが好ましい。
【００１６】
各セグメントが同様の面積を有する単純な場合には、点灯すべきセグメントの数にセグメント毎に必要な電力を掛けるだけでよい。しかしながら、様々な形状および大きさのセグメントを有するより複雑なディスプレイの場合は、点灯すべき個々のセグメントの面積に基づいて必要な電力の量をコントローラが求めるのが好ましい。全てのセグメントを同じ輝度となるように点灯するべき場合、点灯すべきセグメントの面積に単位面積当たりに必要な電力を掛ければ必要な電力が求まることがわかる。本発明の好ましい実施態様において、コントローラは、セグメントデータ入力部とセグメントカウンタとディスプレイのセグメントに対応する面積データを格納するメモリとを含む面積積算エンジンを備え、セグメントデータ入力部からの入力に基づいて、点灯すべきセグメントの面積をメモリから得て積算し、点灯すべき総面積に相当する出力を提供する（出力は、コントローラの動作を考慮した適切な形式の信号でありさえすればよく、測定上認識される単位での出力は通常ないことを理解されたい）。
【００１７】
この構成はさらに、異なるレベルの輝度で各セグメントを点灯すべき場合にも有効である。特定のセグメントに加える電圧を低くすることによってセグメントの輝度を変化させる場合には、そのように低いレベルで点灯すべきセグメントの面積に、単位面積当たり、より低い電力を掛けるか、または任意の同等の調整により対応可能である。
【００１８】
ただし、ディスプレイの点灯セグメントに加える信号の相対的な位相を変化させることによって、セグメントの輝度を可変とするようにコントローラを構成するのが好ましい。本発明のコントローラは、各セグメントを所望の輝度とするために、信号の位相を変えることによって発振器の全周期の内で各セグメントを選択的にオンにしたりオフにしたりすることができる。最大輝度は、セグメントを全周期オンにすることにより得られ、例えば、最大輝度の２分の１の輝度は、その時間の半分だけセグメントをオンにすることによって得られる。
【００１９】
粉末ＥＬディスプレイからの光学的エミッションは、約数十マイクロ秒という速い応答時間を有するので、この方法はディスプレイの輝度を変化させるのに有効である。この速さは人間の眼の応答よりはるかに速い。したがって、目に見えるフリッカを伴うことなく、制御された瞬時の間セグメントを点灯させることによって輝度を正確に制御することが可能である。したがって、本発明において、点灯すべきディスプレイの面積は、周期毎に求めるのが好ましい。これによって、上述のように周期毎の変化を輝度の制御に用いることを考慮することが可能となる。ゆえに、本発明のコントローラは、いかなる瞬時においても点灯セグメントの単位面積当たりに対して略一定の電力を加えるのが好ましい。
【００２０】
本発明の発明者らは、ＥＬディスプレイに単位面積あたり一定の電力を供給することがさらなる非常に重要な利点を有することを確認した。粉末ＥＬディスプレイは、寿命が限られており、その感度は徐々に減少していく。すなわち、一定の電圧および周波数で駆動していると、ディスプレイの輝度は使用回数が増すにつれて減少していく。このような感度の低下は、ディスプレイ素子の容量の低下も伴うことがわかっている。容量負荷が消費するエネルギーは、Ｅ＝ＣＶ2／２で表され、電力が一定に保たれれば、負荷にかかる電圧は、容量が減少するにつれて増加する。輝度は、印加電圧と共に増加するので、これによって感度の低下が少なくとも部分的に補償されることとなる。したがって、本発明の好ましい態様によれば、ディスプレイの使用可能な寿命が大幅に増加する。
【００２１】
この概念そのものが発明性を有すると考えられるので、別の側面から見ると、本発明は、ディスプレイの点灯セグメントの単位面積当たりに一定の電力を供給するよう構成されたＥＬディスプレイ用コントローラを提供する。
【００２２】
このように、このコントローラによれば、時間と共にディスプレイの容量が減少すると印加電圧が増加するので、上述のようにディスプレイの寿命を延ばすことが可能となる。さらに、製造工程上の許容誤差によるディスプレイ容量の変動を補償することもできる。
【００２３】
単位面積当たりの電力を一定に維持した場合、自動的に起こる電圧の上昇によって感度の低下を完全には補償できないことがわかっており、用途によってディスプレイの輝度を維持することが重要な場合には、駆動電圧に制御された増加分を供給することにより、コントローラがディスプレイの感度の低下をさらに補償することが好ましい。ＥＬディスプレイの経年変化特性は公知なので、例えば、典型的なコントローラにおいてタイミング信号を供給する発振器に接続されたカウンタを使用すること等によってディスプレイの耐用年数を測定することにより、このような補償が可能となる。
【００２４】
なお、ディスプレイの予測性能に頼るのではなく、実際の感度の減少を測定することが好ましい。これは、既知の量のエネルギーを印加した際の、負荷の到達電圧を測定することにより行うのが好ましい。この到達電圧、印加エネルギーの量および駆動する面積の情報を用いて、ディスプレイの単位面積あたりの容量を評価することができる。この容量は、ディスプレイの経年変化に密接に関連しており、経年変化による感度の低下は、印加電力を増加することによりさらに補償することができる。これによりさらに耐用年数が増えることになる。
【００２５】
このことは、本発明のさらなる側面にも関連しており、ディスプレイセグメントの感度を求め、所望のレベルの出力輝度となるような電圧で素子を駆動するよう構成されたＥＬディスプレイ用コントローラを提供する。この出力輝度がディスプレイの有効寿命に渡って略一定に維持されるよう構成されるのが好ましい。
【００２６】
マルチセグメントディスプレイの多くは、ディスプレイの各セグメントの使用履歴がそれぞれ異なるという特徴を有する。一例として時計用の７−セグメントディスプレイがあるが、各数字を構成するセグメントは、平均すると点灯時間にかなりの差がある。つまり、一番下の左側のセグメントは、時間の４０％点灯しており、一番下の右側のセグメントは９０％点灯する。全てのセグメントが同じように駆動されたなら、経年変化の格差によりディスプレイの寿命の終わりに近づくにつれ、これらのセグメントにおいて輝度の差が著しくなる。
【００２７】
したがって、この影響を打ち消すために、各セグメントを異なる輝度で点灯させて、均一のセグメント輝度とするような機能と組み合わせて、本発明を利用してもよい。そうすれば、より長く使用されたセグメントを高い公称輝度となるように駆動可能となる。使用状況は、上述のパーセンテージ等に基づいて予測してもよく、または測定してもよい。あるいは、素子の容量を測定して、どの程度経年変化が進んでいるかを判断するのに使用してもよい。異なる輝度とするには、計算により得られた電力（および電圧）で各セグメントを駆動する、例えば短い期間各セグメントを順に駆動することによってなされる。ただし、上述のように制御信号の位相を変化させることにより、各セグメントが異なる公称輝度となるよう駆動することによって、各セグメントの輝度を均一にするのが好ましい。
【００２８】
このような概念により本発明のさらなる側面がもたらされ、それぞれが格差のある経年変化を経る複数の素子を有するＥＬディスプレイ用のコントローラであって、ディスプレイの有効寿命の間これらの素子が略等しい輝度で点灯するよう前記格差のある経年変化を補償するように各素子を駆動するようコントローラが構成される。このような補償は、例えば、異なる電圧を供給するまたは上述のように制御信号の位相を変えることにより達成可能である。
【００２９】
本発明は、様々な電源システムを有するコントローラに適用可能である。先に述べたように、低電圧入力から比較的高電圧を供給するのにフライバックコンバータが通常実際に使われる。従来、フライバックコンバータの出力は、（駆動すべきディスプレイよりずっと大きい容量を有する）大型貯蔵コンデンサに供給されていた。これによって、電源の負荷が平滑化され、大きな電圧降下が防止される。このような構成では、貯蔵コンデンサと負荷との間に電力コントローラが配置されていた。
【００３０】
しかしながら、本件出願人の特許出願であるＷＯ ０２／０６９６７４に記載のように大型貯蔵コンデンサを含まない電源を、コントローラが備えるのが好ましい。このような回路において、負荷の容量よりも非常に小さい容量を有するコンデンサが提供され、コントローラの出力での電圧が周期毎に「急落」し、ディスプレイセグメントが一部フライバック回路のインダクタから直接充電されることとなる。このような電源は、それ自体、所定のディスプレイ輝度を得るための消費電力が少ないので有利であるが、本発明に関して、このような電源は、フライバック回路のインダクタと連動するスイッチを制御することにより所望の電力出力を供給するよう上手く制御可能なので、本発明との特別な相乗効果を有する。
【００３１】
したがって、コントローラは、フライバック回路を有する電源を備えるのが好ましく、ＥＬディスプレイを駆動するのに十分な高電圧出力を提供するためにインダクタを流れる電流が選択的に遮断され、この電流の遮断は所望の出力電力を供給するよう制御される。先に述べたように、出力電圧が周期毎に急落するよう構成されるのが特に好ましい。
【００３２】
インダクタを流れる電流の流れは、パルス信号で制御されるＭＯＳＦＥＴ等の電子スイッチにより制御するのが好ましく、このパルス幅を調整してコントローラからの出力電力を求める。
【００３３】
本発明はさらに、上述のような本発明の態様に対応するＥＬディスプレイの制御方法および／または上述のコントローラを使用する方法にも関連する。
【００３４】
このようなコントローラは、ＥＬディスプレイと組み合わせて使用するよう意図されたものであり、ゆえに別の側面から見ると、本発明は上述のようなコントローラと組み合わせたＥＬディスプレイを提供する。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、所定のディスプレイ出力を得るための正しい量の電力をシステムに伝達するよう電源が制御される。これによって従来技術の電圧フィードバック制御用ループを削除することが可能となる。
【００３６】
本発明は、対応する方法にも関し、別の側面から見ると、所定のディスプレイ出力を得るための正しい量の電力をシステムに伝達するよう電源が制御されるＥＬディスプレイの制御方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下図面を参照しながら、本発明の実施態様の幾つかを単に例示的にのみ示す。
【００３８】
図１は、４−セグメントディスプレイ１に必要な出力ドライバの組み合わせを含むコントローラを示す。制御部２は、制御信号Ｃ１〜Ｃ４およびＣコモンを伝達する導線によって５つのハーフＨ−ブリッジＨ１〜Ｈ５に接続される。各ハーフＨ−ブリッジは、ＭＯＳＦＥＴトランジスタである一対のスイッチ３ａ、３ｂとインバータ４とを備える。これらのトランジスタは、制御信号Ｃ１〜Ｃ４によって制御され、一対のスイッチのうち１つが開状態の時には他方が閉じるよう構成される。
【００３９】
各ハーフＨ−ブリッジＨ１〜Ｈ４の中央部は、ディスプレイ１のセグメント６の１つの駆動電極５に導線７を介して接続される。ハーフＨ−ブリッジＨ５の中央部は、コモン電極８に接続される。コモン電極は、透明導電性材料からなり、公知の方法で各セグメントと接続される。
【００４０】
さらに、これらのハーフＨ−ブリッジは、高電圧源９およびグランド１０に接続される。
【００４１】
制御信号Ｃ１〜Ｃ４およびＣコモンは、ディスプレイ駆動信号（Ｖ１〜４およびＶコモン）が低レベル制御信号である０Ｖから高レベル制御信号である高電圧（典型的には５０Ｖ〜２５０Ｖの領域）まで揺動するように、各ハーフＨブリッジＨ１〜Ｈ５の状態を制御する。
【００４２】
制御信号Ｃコモンは、定周波数(１００〜２，０００Ｈｚ)の単一矩形波である。この信号がハーフＨ−ブリッジＨ５に供給され、この素子のスイッチ３ａ、３ｂが規則正しく開閉してコモン電極８がグランド（図示した状態）に接続され次に高電圧源９に接続される状態が繰り返される。
【００４３】
所定のセグメントを最大輝度で点灯する場合、Ｃコモンに対して逆位相で駆動し、非点灯の場合は、同位相で駆動する。したがって、図１のセグメントは、図示した状態ではいずれも点灯しない（すべてにＯＦＦ制御信号が供給されている）。これらを点灯するためには、Ｈ５が図示されたような状態の時に適切な信号パルスＣ１〜Ｃ４を供給してスイッチ３ａを閉じて３ｂを開く。ＣコモンによりＨ５を介してコモン電極と高電圧源９とが接続されると、Ｈ１〜Ｈ４のスイッチ３ａ、３ｂが図示された構成に戻り、これによって素子の極性が反転する。素子を点灯すべきである限り、この工程を繰り返す。セグメントが点灯される際、Ｃコモンの周波数でレール電圧の２倍の交流電圧によってこれらのセグメントが実質上駆動されることがわかるだろう。これらのセグメントは、Ｃコモンの周期毎にオンとなるが、人間の眼の限界により定常的に点灯しているように見える。
【００４４】
各素子が異なる輝度レベルとなるように設定することも可能である。これは、Ｃコモンの周期の一部の期間のみオンとなるよう素子を駆動することによりなされる。この駆動では、特定数の周期に渡って、オンとオフの信号のパターンを繰り返して使用する。周期の数は、ディスプレイ輝度の変化の度合いが十分であって、且つ素子の駆動周波数を極端に下げないように選択する（２分の１の輝度を得るのに時間の半分のみオン信号とすることが、駆動周波数を半分にするのと同等である）。
【００４５】
一例として、制御信号パターンの集合（Ｃ（０）〜Ｃ（３／３））を考えてみるが、これらは各セグメントに対して最大輝度の０、１／３、２／３および３／３の輝度レベルを生成するために印加される。各パターンがＣコモン信号の３つの周期にならった繰り返しである。Ｃ（０）は、Ｃコモンと常に同相の信号を提供する。この結果、このセグメントはオフとなる。これに対して、Ｃ（３／３）は、Ｃコモンと常に逆相であり、故にこのセグメントは最大輝度で点灯される。Ｃ（１／３）は、３回の周期毎に１度Ｃコモンと逆相であり、３分の１の輝度が得られ、Ｃ（２／３）は、３回の周期毎に２度Ｃコモンと逆相であり、３分の２の輝度が得られる。輝度レベルの数は、各パターンがそれにならって繰り返すコモン電極信号Ｃコモンの周期の数を増やすことにより増やすことができる。Ｍ個の異なる輝度レベルを提供するには（「オフ」を１つのレベルとして含めて）、Ｍ−１周期のグループに対応する制御信号によって各繰り返しパターンを形成する。
【００４６】
図２〜４において、スラッシュ記号「／」を付した接続部は、このような接続が複数並列に行われていることを示し、その数を記号の近くに示す。
【００４７】
図２にＮセグメントディスプレイを駆動するためのコントローラを示す。Ｎが４であるとすれば、このコントローラは図１で使用されるものとなる。この場合、図２のハーフＨ−ブリッジのアレイＨは、ハーフＨ−ブリッジＨ１〜Ｈ４を表し、ハーフＨ−ブリッジＨｃが（コモン電極を駆動するための）Ｈ５を表し、ディスプレイ１が図１のディスプレイ１にセグメント６と電極５、８を加えたものに相当し、残りの要素が制御部２を形成する。
【００４８】
クロック発生器１４は、典型的には公知の方法で単一高周波数クロックからコントローラ用のクロック信号および制御信号を全て発生する。これらの信号の相対的なタイミングを図３および４に示す。クロック発生器１４は、１００〜２，０００Ｈｚのクロック周波数信号ＰＯＬ＿ＣＬＫを供給し、この信号は分周器ＦＤ１を介してハーフＨ−ブリッジＨｃに供給され、これによりマルチセグメントディスプレイ１のコモン電極８用の駆動信号Ｖコモンが生成される。ＦＤ１によりＰＯＬ＿ＣＬＫの周波数は２分割される。同じ信号が複数のＸＯＲ（排他的論理和）ゲート１６のそれぞれの一方の入力にも供給される。ＸＯＲゲート１６はそれぞれ、ディスプレイの各セグメントに対応している。各ＸＯＲゲートからの出力は、各ハーフＨ−ブリッジＨ１等に供給され（アレイＨの一部）、対応するセグメントの駆動電極に駆動信号Ｖ１等が供給される。
【００４９】
アレイＨの各Ｈ−ブリッジおよびＨｃは、０Ｖ（グランド）レールと電源２４により供給される高電圧レールとに接続される。
【００５０】
各ＸＯＲゲート１６のもう一方の入力は、セグメントデータラッチ１１に接続される。このセグメントデータラッチが各セグメントをいつ点灯すべきかを決定し、これに応じてＸＯＲゲートへの入力が設定される。制御信号Ｃ１等は、ＸＯＲゲート１６を用いてＣコモン信号により反転される。
【００５１】
コントローラは、この制御入力（すなわち、どのセグメントを点灯すべきかを示すデータ）をセグメントデータ入力部２０で受け取る。この入力は、Ｎ個の並列な入力、すなわち各々がディスプレイの各セグメント用である入力を備える。セグメントに関する新しいデータは、新データラッチ２１に保持され、面積積算エンジン２２に（ＳＥＧ＿ＤＡＴＡとして）供給されてここで演算が行われ、セグメントデータラッチ１１に供給される。この２つのラッチは、信号ＰＯＬ＿ＣＬＫにより動作する。つまり、ラッチ入力上にあるデータはＰＯＬ＿ＣＬＫの立ち上がりエッジで出力に移動する。面積積算エンジンは、ＰＯＬ＿ＣＬＫのＮ倍の周波数の（図３参照）信号ＳＥＧ＿ＣＬＫにより駆動され、これによりディスプレイのＮ個のセグメントの各々を考慮した演算が可能となる。
【００５２】
このような演算は、典型的にＣコモン制御の２分の１の周期の時間で行われる。この２分の１周期の終わりに、ディスプレイを駆動するための適切な電力を求めるのに使用する新たな点灯面積値（ＡＲＥＡ）が得られる。次に、この値が電源２４に送られると、電源２４よりハーフＨ−ブリッジＨおよびＨｃに所望の電力の出力ＶＰＰが送られる。同時に（ＰＯＬ＿ＣＬＫの立ち上がりエッジで）、新たなセグメントデータがセグメントデータラッチ１１に転送されてディスプレイを点灯するのに使用される。このように、新しいセグメントデータは、一時的に新データラッチ２１に保持され、一方面積積算エンジン２２が、ディスプレイ上にデータが表示されるより前に、新たなディスプレイセグメントの集合を駆動するのに必要な電力を計算する。
【００５３】
上述のような構成により、電源２４から出力された電力は、点灯すべきディスプレイの単位面積あたりの所定レベルの電力を提供するよう設定される。これは、２０で入力されるセグメントデータとディスプレイのセグメントに関する既知の面積に基づいて点灯すべきセグメントの面積を求める面積積算エンジン２２によってなされる。
【００５４】
面積積算エンジン２２の動作について、図３を参照しながら以下に詳細に述べる。上述のように、このエンジンは、ディスプレイとの駆動極性についてのやりとりを行うのに使用される信号（ＰＯＬ＿ＣＬＫ）のＮ倍の周波数のクロック源（ＳＥＧ＿ＣＬＫ）により作動する。
【００５５】
面積積算エンジン２２の機能は、コントローラが点灯するよう要求された各セグメントの面積を集計することである。各セグメントの面積は、セグメント面積メモリ３２に各セグメントに関してＰビットのバイナリ形式で格納されている。ビット数Ｐの選択は、面積データを格納する精度によって決まる。面積積算エンジン２２は、セグメントカウンタ３７を用いて各セグメントの処理を１つずつ実行していく。このセグメントカウンタの値（ＳＥＧ＿ＮＯ）は、マルチプレクサ３１を用いてセグメントデータの対応するデータビットを選択するのに使用される。さらに、セグメントカウンタの値（ＳＥＧ＿ＮＯ）は、セグメント面積メモリ３２をアドレス指定するのにも使用される。次に、セグメント面積メモリ３２からのアドレス指定されたＰビットのデータに、複数のＡＮＤゲート３６を用いて選択されたデータビットのセグメントデータを掛ける。この掛け算の結果は、加算器３３およびアキュムレータラッチ３４により形成されるアキュムレータに渡される。あるセグメントを点灯する必要がある場合、セグメントデータの対応するデータビットは、「１」の値をとり、（それまではセグメント面積メモリ３２に格納されていた）その面積をアキュムレータラッチ３４の合計に加える。あるセグメントを点灯させる必要がない場合は、セグメントデータの対応するデータビットは、「０」の値をとり、アキュムレータラッチ３４の値は変わらない。なお、アキュムレータを事実上クリアするために、Ｎ個のセグメントの第一番目に関して（複数のＡＮＤゲート３８やＳＵＭ＿ＣＬＲ信号を反転することにより）アキュムレータラッチ３４からの値にゼロを掛けておく。ＰＯＬ＿ＣＬＫの周期（Ｃコモンの半分の周期）が終わると、全てのセグメントがチェックされ、点灯すべきセグメントの面積が集計されることとなる。この時、この新しい総面積値（ＡＲＥＡ）は、出力ラッチ３５に読み込まれる。この総数を格納するのに必要なビット数Ｑは、セグメント数Ｎおよび各面積値Ｐのビット数に依存する。
【００５６】
このような動作の結果、アウトプットラッチ３５は、点灯すべきセグメントの面積に関する値ＡＲＥＡを含むこととなる。この値は、Ｑ個の並列接続を経て電源２４に送られる。
【００５７】
電源について、図４を参照しながら以下に詳しく述べる。ＡＲＥＡデータ入力を回路が受け取ると、公知の方法による演算または参照テーブルを使用して、４０において点灯面積の平方根を求める。これにより、出力としてＰＵＬＳＥ＿ＷＩＤＴＨ値（Ｒ−ビットを用いたバイナリ形式）が得られ、パルス幅変調器４１に供給される。この値は、４２に一般的に示すフライバックコンバータを駆動する正しいパルス幅（ＰＵＬＳＥ＿ＷＩＤＴＨ）に相当する。フライバックコンバータは、インダクタ４３、ダイオード４４およびＭＯＳＦＥＴ４５を備える。
【００５８】
フライバックコンバータからの出力によりＶＰＰが得られ、これが上述のように各ハーフＨ−ブリッジに供給される。平滑化コンデンサ４６は、負荷と並列に設けられる。この平滑化コンデンサは、負荷を充電するのに必要なエネルギーを大きく増加させることなく、Ｈ−ブリッジの上流での超過電位を制御できるようにするために、負荷よりも十分に低い容量を有するよう選択される。
【００５９】
電源２４は、高周波数クロック源ＰＷＭ＿ＣＬＫにより動作する。パルス幅変調器４１は、Ｃコモンの各２分の１周期に対して１０〜５００の領域の多数のパルスを生成する。各パルスは、ＰＵＬＳＥ＿ＷＩＤＴＨ／２^Ｒのデューティーサイクルを有する。クロック信号ＰＷＭ＿ＣＬＫは、典型的には１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの領域の周波数を有する。パルス幅変調器を駆動するクロック信号がコントローラの残りの部分を駆動するクロック信号と同期する必要はない。ただし、実施態様によってはこの構成が有利であり、特に、クロック発生器の設計を簡素化したり、パルスの一部がフライバック回路に加わるのを防止するために有利である。
【００６０】
放電回路４７は、Ｃコモン信号を変化させる直前に負荷および平滑化コンデンサをグランドに放電するために設けられる。これにより、高電圧アレイスイッチ内の電力損が減少し、制御された放電路が生成される。Ｃコモンの変化の途中に負荷を放電させることも可能であるが、含まれる放電路の制御性が悪く、電流ピークが大きくなって製品回路の他の部品との電磁干渉につながる可能性がある。
【００６１】
パルス幅変調器からの出力は、ＡＮＤゲート４９を介してフライバックコンバータに供給される。このゲートのもう一方の入力は、ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ信号からの反転入力である。これにより、エネルギーの消耗を防止するために放電期間の間パルス幅変調器４１の出力がオフとなる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明にかかるコントローラとディスプレイとの相互接続を示す概略図である。
【図２】図２は、図１のコントローラのコントローラ部の動作を示す概略図である。
【図３】図３は、コントローラの面積積算エンジンの概略図である。
【図４】図４は、コントローラの電源の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネセント（以降ＥＬ）ディスプレイおよびそのコントローラに関し、特にこのようなコントローラに供給する電力の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＬディスプレイは、選択的に点灯可能な情報表示領域を有する。このようなディスプレイは、競合技術に対して大型化が可能でフレキシブルであり比較的安価であるという利点を有する。
【０００３】
１９５０年代にはＥＬランプが知られていたが、寿命が短く、フレキシブルＥＬ素子が開発されたのは１９８０年代に入ってからであった。しかしながら、これは液晶ディスプレイ用バックライトとして使用されたものであり、実用的なＥＬディスプレイが入手可能となったのはごく最近のことである。
【０００４】
ＥＬディスプレイは、通常硫化亜鉛粉等がドープされた蛍光体材料の層を２つの電極間に含む。少なくとも１つの電極は、通常インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明材料からなり、ポリエステルまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）膜等の透明基板上に設けられる。ディスプレイは、スクリーン印刷等により基板上に電極層および蛍光体層を堆積することにより形成され、不透明電極は例えば銀が充填された導電性インクで形成される。ＥＬ素子の例は、ＷＯ ００／７２６３８およびＷＯ ９９／５５１２１に記載される。
【０００５】
上述の一般的なＥＬディスプレイは、ランプの電極間に適当な周波数の交流電圧を加えて蛍光体を励起することにより点灯する。一般に、ＥＬディスプレイで使用される蛍光体は、数百ボルトの電圧を必要とする。典型的には、このようなＥＬディスプレイの容量は、１００ｐＦ〜１μＦの範囲である。
【０００６】
小さな電流しか必要とされないので、このような比較的大きい駆動電圧は、公知の「フライバックコンバータ」等の回路によって低電圧ＤＣ電源から容易に発生させることができる。
【０００７】
この回路は、直列に配置されたインダクタと発振スイッチとを含む。この発振スイッチと並列に、ダイオードとコンデンサとが直列に配置される。このスイッチは、開状態と閉状態との間で変動する。閉状態において、ＤＣ電源からインダクタとスイッチとに電流が流れる。スイッチが開くと、電流路が遮断されるが、インダクタに伴う磁界によって電流は流れ続ける。したがって、インダクタによりダイオードを通って電流が流れ、コンデンサを充電する。スイッチが閉じている間、ダイオードによりコンデンサの放電が阻止される。したがって、コンデンサは、ＤＣ電源電圧より高い電圧まで充電可能であり、この電圧での電流がコンデンサから得られる。
【０００８】
フライバックコンバータから負荷に交流電流を供給するために、コンデンサと並列にＨ−ブリッジを設けてもよい。Ｈ−ブリッジは、一般的に２本の並列なリムを備え、各リムは、第２のスイッチと直列に接続された第１のスイッチを有する。第１および第２スイッチの間の各リム上にはノードがあり、リムのそれぞれのノード間に負荷を接続する。電流は、一方のリムの第１のスイッチともう一方のリムの第２のスイッチを介して、負荷を通って一方向に流れ、残りの２つのスイッチを介して他方向に流れる。Ｈ−ブリッジのスイッチは、電流が負荷を通って、まず一方向に、次に他方向に流れるように動作する。
【０００９】
複数のＥＬセグメントを設けてディスプレイを形成する場合には、点灯すべきセグメント間で選択的に切り替える定電圧の単一高電圧レールを備えることにより、各セグメントを制御する。これは、１つのハーフＨ−ブリッジトランジスタ構造を用いて通常前面のコモン電極を制御し、多数のハーフＨ−ブリッジを用いて複数のセグメントをそれぞれ制御することによって達成される。コモン電極は、数十Ｈｚから数キロＨｚの領域の周波数で切り替えられる。点灯する必要のないセグメントは、有効電圧とならないようにコモン電極と同じ信号で駆動する。点灯する必要のあるセグメントは、高電圧レールの２倍のピークツーピーク値を持つ交流電圧となるようにコモン電極と同じ周波数であって逆相の信号で駆動する。このように駆動信号の位相を制御することにより、どのセグメントを点灯するかについて簡単に制御可能となる。
【００１０】
全てのセグメントの輝度は、高電圧レールの電圧を変えることによっておよび／またはスイッチング周波数を変えることによって制御可能である。各セグメントの輝度は、周波数が上がるにつれて増加する。高電圧レールの定電圧は通常、その電圧をモニターして変動を除去するよう入力電力を調整する手段によって得られる。
【特許文献１】ＷＯ ００／７２６３８
【特許文献２】ＷＯ ９９／５５１２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような装置は有用であるが、いくつかの重大な欠点を有する。特に、状況によってディスプレイは迅速に変化することを要求されることがあり、これによってディスプレイに供給する電力を急激に変化させる必要が生じる場合がある。例えば、大半のセグメントが点灯した状態から、殆どのセグメントまたは全てのセグメントが点灯しない状態に、ディスプレイを変化させることが必要になることがある。この場合、電圧を正確に調整する際に、問題が生じる可能性がある。さらに、従来の装置は、負荷に関係なく供給レールの定電圧を維持することに依存しているので、電力使用の能率がかなり悪くなる傾向があり、電池式の装置の場合にはこの問題は重大となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、ＥＬディスプレイ用のコントローラが提供され、このコントローラは、要求されたディスプレイ出力を得るためにディスプレイが必要とする電力の量を求め、略その量の電力をディスプレイに供給するよう構成されている。
【００１３】
したがって、本発明によれば、所定のディスプレイ出力を得るための正しい量の電力をシステムに伝達するよう電源が制御される。これによって従来技術の電圧フィードバック制御用ループを削除することが可能となる。
【００１４】
本発明は、対応する方法にも関し、別の側面から見ると、所定のディスプレイ出力を得るための正しい量の電力をシステムに伝達するよう電源が制御されるＥＬディスプレイの制御方法を提供する。
【００１５】
必要な電力の量を求める方法は、用途によって変わる可能性がある。例えば、参照テーブルを設けて全ての起こり得るディスプレイの構成に対する必要な電力を示してもよい。しかしながら、多くのセグメントを有するディスプレイの場合、これは実用的ではなく、点灯すべきディスプレイセグメントの数に基づいて必要な電力を求めるのが好ましい。
【００１６】
各セグメントが同様の面積を有する単純な場合には、点灯すべきセグメントの数にセグメント毎に必要な電力を掛けるだけでよい。しかしながら、様々な形状および大きさのセグメントを有するより複雑なディスプレイの場合は、点灯すべき個々のセグメントの面積に基づいて必要な電力の量をコントローラが求めるのが好ましい。全てのセグメントを同じ輝度となるように点灯するべき場合、点灯すべきセグメントの面積に単位面積当たりに必要な電力を掛ければ必要な電力が求まることがわかる。本発明の好ましい実施態様において、コントローラは、セグメントデータ入力部とセグメントカウンタとディスプレイのセグメントに対応する面積データを格納するメモリとを含む面積積算エンジンを備え、セグメントデータ入力部からの入力に基づいて、点灯すべきセグメントの面積をメモリから得て積算し、点灯すべき総面積に相当する出力を提供する（出力は、コントローラの動作を考慮した適切な形式の信号でありさえすればよく、測定上認識される単位での出力は通常ないことを理解されたい）。
【００１７】
この構成はさらに、異なるレベルの輝度で各セグメントを点灯すべき場合にも有効である。特定のセグメントに加える電圧を低くすることによってセグメントの輝度を変化させる場合には、そのように低いレベルで点灯すべきセグメントの面積に、単位面積当たり、より低い電力を掛けるか、または任意の同等の調整により対応可能である。
【００１８】
ただし、ディスプレイの点灯セグメントに加える信号の相対的な位相を変化させることによって、セグメントの輝度を可変とするようにコントローラを構成するのが好ましい。本発明のコントローラは、各セグメントを所望の輝度とするために、信号の位相を変えることによって発振器の全周期の内で各セグメントを選択的にオンにしたりオフにしたりすることができる。最大輝度は、セグメントを全周期オンにすることにより得られ、例えば、最大輝度の２分の１の輝度は、その時間の半分だけセグメントをオンにすることによって得られる。
【００１９】
粉末ＥＬディスプレイからの光学的エミッションは、約数十マイクロ秒という速い応答時間を有するので、この方法はディスプレイの輝度を変化させるのに有効である。この速さは人間の眼の応答よりはるかに速い。したがって、目に見えるフリッカを伴うことなく、制御された瞬時の間セグメントを点灯させることによって輝度を正確に制御することが可能である。したがって、本発明において、点灯すべきディスプレイの面積は、周期毎に求めるのが好ましい。これによって、上述のように周期毎の変化を輝度の制御に用いることを考慮することが可能となる。ゆえに、本発明のコントローラは、いかなる瞬時においても点灯セグメントの単位面積当たりに対して略一定の電力を加えるのが好ましい。
【００２０】
本発明の発明者らは、ＥＬディスプレイに単位面積あたり一定の電力を供給することがさらなる非常に重要な利点を有することを確認した。粉末ＥＬディスプレイは、寿命が限られており、その感度は徐々に減少していく。すなわち、一定の電圧および周波数で駆動していると、ディスプレイの輝度は使用回数が増すにつれて減少していく。このような感度の低下は、ディスプレイ素子の容量の低下も伴うことがわかっている。容量負荷が消費するエネルギーは、Ｅ＝ＣＶ2／２で表され、電力が一定に保たれれば、負荷にかかる電圧は、容量が減少するにつれて増加する。輝度は、印加電圧と共に増加するので、これによって感度の低下が少なくとも部分的に補償されることとなる。したがって、本発明の好ましい態様によれば、ディスプレイの使用可能な寿命が大幅に増加する。
【００２１】
この概念そのものが発明性を有すると考えられるので、別の側面から見ると、本発明は、ディスプレイの点灯セグメントの単位面積当たりに一定の電力を供給するよう構成されたＥＬディスプレイ用コントローラを提供する。
【００２２】
このように、このコントローラによれば、時間と共にディスプレイの容量が減少すると印加電圧が増加するので、上述のようにディスプレイの寿命を延ばすことが可能となる。さらに、製造工程上の許容誤差によるディスプレイ容量の変動を補償することもできる。
【００２３】
単位面積当たりの電力を一定に維持した場合、自動的に起こる電圧の上昇によって感度の低下を完全には補償できないことがわかっており、用途によってディスプレイの輝度を維持することが重要な場合には、駆動電圧に制御された増加分を供給することにより、コントローラがディスプレイの感度の低下をさらに補償することが好ましい。ＥＬディスプレイの経年変化特性は公知なので、例えば、典型的なコントローラにおいてタイミング信号を供給する発振器に接続されたカウンタを使用すること等によってディスプレイの耐用年数を測定することにより、このような補償が可能となる。
【００２４】
なお、ディスプレイの予測性能に頼るのではなく、実際の感度の減少を測定することが好ましい。これは、既知の量のエネルギーを印加した際の、負荷の到達電圧を測定することにより行うのが好ましい。この到達電圧、印加エネルギーの量および駆動する面積の情報を用いて、ディスプレイの単位面積あたりの容量を評価することができる。この容量は、ディスプレイの経年変化に密接に関連しており、経年変化による感度の低下は、印加電力を増加することによりさらに補償することができる。これによりさらに耐用年数が増えることになる。
【００２５】
このことは、本発明のさらなる側面にも関連しており、ディスプレイセグメントの感度を求め、所望のレベルの出力輝度となるような電圧で素子を駆動するよう構成されたＥＬディスプレイ用コントローラを提供する。この出力輝度がディスプレイの有効寿命に渡って略一定に維持されるよう構成されるのが好ましい。
【００２６】
マルチセグメントディスプレイの多くは、ディスプレイの各セグメントの使用履歴がそれぞれ異なるという特徴を有する。一例として時計用の７−セグメントディスプレイがあるが、各数字を構成するセグメントは、平均すると点灯時間にかなりの差がある。つまり、一番下の左側のセグメントは、時間の４０％点灯しており、一番下の右側のセグメントは９０％点灯する。全てのセグメントが同じように駆動されたなら、経年変化の格差によりディスプレイの寿命の終わりに近づくにつれ、これらのセグメントにおいて輝度の差が著しくなる。
【００２７】
したがって、この影響を打ち消すために、各セグメントを異なる輝度で点灯させて、均一のセグメント輝度とするような機能と組み合わせて、本発明を利用してもよい。そうすれば、より長く使用されたセグメントを高い公称輝度となるように駆動可能となる。使用状況は、上述のパーセンテージ等に基づいて予測してもよく、または測定してもよい。あるいは、素子の容量を測定して、どの程度経年変化が進んでいるかを判断するのに使用してもよい。異なる輝度とするには、計算により得られた電力（および電圧）で各セグメントを駆動する、例えば短い期間各セグメントを順に駆動することによってなされる。ただし、上述のように制御信号の位相を変化させることにより、各セグメントが異なる公称輝度となるよう駆動することによって、各セグメントの輝度を均一にするのが好ましい。
【００２８】
このような概念により本発明のさらなる側面がもたらされ、それぞれが格差のある経年変化を経る複数の素子を有するＥＬディスプレイ用のコントローラであって、ディスプレイの有効寿命の間これらの素子が略等しい輝度で点灯するよう前記格差のある経年変化を補償するように各素子を駆動するようコントローラが構成される。このような補償は、例えば、異なる電圧を供給するまたは上述のように制御信号の位相を変えることにより達成可能である。
【００２９】
本発明は、様々な電源システムを有するコントローラに適用可能である。先に述べたように、低電圧入力から比較的高電圧を供給するのにフライバックコンバータが通常実際に使われる。従来、フライバックコンバータの出力は、（駆動すべきディスプレイよりずっと大きい容量を有する）大型貯蔵コンデンサに供給されていた。これによって、電源の負荷が平滑化され、大きな電圧降下が防止される。このような構成では、貯蔵コンデンサと負荷との間に電力コントローラが配置されていた。
【００３０】
しかしながら、本件出願人の特許出願であるＷＯ ０２／０６９６７４に記載のように大型貯蔵コンデンサを含まない電源を、コントローラが備えるのが好ましい。このような回路において、負荷の容量よりも非常に小さい容量を有するコンデンサが提供され、コントローラの出力での電圧が周期毎に「急落」し、ディスプレイセグメントが一部フライバック回路のインダクタから直接充電されることとなる。このような電源は、それ自体、所定のディスプレイ輝度を得るための消費電力が少ないので有利であるが、本発明に関して、このような電源は、フライバック回路のインダクタと連動するスイッチを制御することにより所望の電力出力を供給するよう上手く制御可能なので、本発明との特別な相乗効果を有する。
【００３１】
したがって、コントローラは、フライバック回路を有する電源を備えるのが好ましく、ＥＬディスプレイを駆動するのに十分な高電圧出力を提供するためにインダクタを流れる電流が選択的に遮断され、この電流の遮断は所望の出力電力を供給するよう制御される。先に述べたように、出力電圧が周期毎に急落するよう構成されるのが特に好ましい。
【００３２】
インダクタを流れる電流の流れは、パルス信号で制御されるＭＯＳＦＥＴ等の電子スイッチにより制御するのが好ましく、このパルス幅を調整してコントローラからの出力電力を求める。
【００３３】
本発明はさらに、上述のような本発明の態様に対応するＥＬディスプレイの制御方法および／または上述のコントローラを使用する方法にも関連する。
【００３４】
このようなコントローラは、ＥＬディスプレイと組み合わせて使用するよう意図されたものであり、ゆえに別の側面から見ると、本発明は上述のようなコントローラと組み合わせたＥＬディスプレイを提供する。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、所定のディスプレイ出力を得るための正しい量の電力をシステムに伝達するよう電源が制御される。これによって従来技術の電圧フィードバック制御用ループを削除することが可能となる。
【００３６】
本発明は、対応する方法にも関し、別の側面から見ると、所定のディスプレイ出力を得るための正しい量の電力をシステムに伝達するよう電源が制御されるＥＬディスプレイの制御方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下図面を参照しながら、本発明の実施態様の幾つかを単に例示的にのみ示す。
【００３８】
図１は、４−セグメントディスプレイ１に必要な出力ドライバの組み合わせを含むコントローラを示す。制御部２は、制御信号Ｃ１〜Ｃ４およびＣコモンを伝達する導線によって５つのハーフＨ−ブリッジＨ１〜Ｈ５に接続される。各ハーフＨ−ブリッジは、ＭＯＳＦＥＴトランジスタである一対のスイッチ３ａ、３ｂとインバータ４とを備える。これらのトランジスタは、制御信号Ｃ１〜Ｃ４によって制御され、一対のスイッチのうち１つが開状態の時には他方が閉じるよう構成される。
【００３９】
各ハーフＨ−ブリッジＨ１〜Ｈ４の中央部は、ディスプレイ１のセグメント６の１つの駆動電極５に導線７を介して接続される。ハーフＨ−ブリッジＨ５の中央部は、コモン電極８に接続される。コモン電極は、透明導電性材料からなり、公知の方法で各セグメントと接続される。
【００４０】
さらに、これらのハーフＨ−ブリッジは、高電圧源９およびグランド１０に接続される。
【００４１】
制御信号Ｃ１〜Ｃ４およびＣコモンは、ディスプレイ駆動信号（Ｖ１〜４およびＶコモン）が低レベル制御信号である０Ｖから高レベル制御信号である高電圧（典型的には５０Ｖ〜２５０Ｖの領域）まで揺動するように、各ハーフＨブリッジＨ１〜Ｈ５の状態を制御する。
【００４２】
制御信号Ｃコモンは、定周波数(１００〜２，０００Ｈｚ)の単一矩形波である。この信号がハーフＨ−ブリッジＨ５に供給され、この素子のスイッチ３ａ、３ｂが規則正しく開閉してコモン電極８がグランド（図示した状態）に接続され次に高電圧源９に接続される状態が繰り返される。
【００４３】
所定のセグメントを最大輝度で点灯する場合、Ｃコモンに対して逆位相で駆動し、非点灯の場合は、同位相で駆動する。したがって、図１のセグメントは、図示した状態ではいずれも点灯しない（すべてにＯＦＦ制御信号が供給されている）。これらを点灯するためには、Ｈ５が図示されたような状態の時に適切な信号パルスＣ１〜Ｃ４を供給してスイッチ３ａを閉じて３ｂを開く。ＣコモンによりＨ５を介してコモン電極と高電圧源９とが接続されると、Ｈ１〜Ｈ４のスイッチ３ａ、３ｂが図示された構成に戻り、これによって素子の極性が反転する。素子を点灯すべきである限り、この工程を繰り返す。セグメントが点灯される際、Ｃコモンの周波数でレール電圧の２倍の交流電圧によってこれらのセグメントが実質上駆動されることがわかるだろう。これらのセグメントは、Ｃコモンの周期毎にオンとなるが、人間の眼の限界により定常的に点灯しているように見える。
【００４４】
各素子が異なる輝度レベルとなるように設定することも可能である。これは、Ｃコモンの周期の一部の期間のみオンとなるよう素子を駆動することによりなされる。この駆動では、特定数の周期に渡って、オンとオフの信号のパターンを繰り返して使用する。周期の数は、ディスプレイ輝度の変化の度合いが十分であって、且つ素子の駆動周波数を極端に下げないように選択する（２分の１の輝度を得るのに時間の半分のみオン信号とすることが、駆動周波数を半分にするのと同等である）。
【００４５】
一例として、制御信号パターンの集合（Ｃ（０）〜Ｃ（３／３））を考えてみるが、これらは各セグメントに対して最大輝度の０、１／３、２／３および３／３の輝度レベルを生成するために印加される。各パターンがＣコモン信号の３つの周期にならった繰り返しである。Ｃ（０）は、Ｃコモンと常に同相の信号を提供する。この結果、このセグメントはオフとなる。これに対して、Ｃ（３／３）は、Ｃコモンと常に逆相であり、故にこのセグメントは最大輝度で点灯される。Ｃ（１／３）は、３回の周期毎に１度Ｃコモンと逆相であり、３分の１の輝度が得られ、Ｃ（２／３）は、３回の周期毎に２度Ｃコモンと逆相であり、３分の２の輝度が得られる。輝度レベルの数は、各パターンがそれにならって繰り返すコモン電極信号Ｃコモンの周期の数を増やすことにより増やすことができる。Ｍ個の異なる輝度レベルを提供するには（「オフ」を１つのレベルとして含めて）、Ｍ−１周期のグループに対応する制御信号によって各繰り返しパターンを形成する。
【００４６】
図２〜４において、スラッシュ記号「／」を付した接続部は、このような接続が複数並列に行われていることを示し、その数を記号の近くに示す。
【００４７】
図２にＮセグメントディスプレイを駆動するためのコントローラを示す。Ｎが４であるとすれば、このコントローラは図１で使用されるものとなる。この場合、図２のハーフＨ−ブリッジのアレイＨは、ハーフＨ−ブリッジＨ１〜Ｈ４を表し、ハーフＨ−ブリッジＨｃが（コモン電極を駆動するための）Ｈ５を表し、ディスプレイ１が図１のディスプレイ１にセグメント６と電極５、８を加えたものに相当し、残りの要素が制御部２を形成する。
【００４８】
クロック発生器１４は、典型的には公知の方法で単一高周波数クロックからコントローラ用のクロック信号および制御信号を全て発生する。これらの信号の相対的なタイミングを図３および４に示す。クロック発生器１４は、１００〜２，０００Ｈｚのクロック周波数信号ＰＯＬ＿ＣＬＫを供給し、この信号は分周器ＦＤ１を介してハーフＨ−ブリッジＨｃに供給され、これによりマルチセグメントディスプレイ１のコモン電極８用の駆動信号Ｖコモンが生成される。ＦＤ１によりＰＯＬ＿ＣＬＫの周波数は２分割される。同じ信号が複数のＸＯＲ（排他的論理和）ゲート１６のそれぞれの一方の入力にも供給される。ＸＯＲゲート１６はそれぞれ、ディスプレイの各セグメントに対応している。各ＸＯＲゲートからの出力は、各ハーフＨ−ブリッジＨ１等に供給され（アレイＨの一部）、対応するセグメントの駆動電極に駆動信号Ｖ１等が供給される。
【００４９】
アレイＨの各Ｈ−ブリッジおよびＨｃは、０Ｖ（グランド）レールと電源２４により供給される高電圧レールとに接続される。
【００５０】
各ＸＯＲゲート１６のもう一方の入力は、セグメントデータラッチ１１に接続される。このセグメントデータラッチが各セグメントをいつ点灯すべきかを決定し、これに応じてＸＯＲゲートへの入力が設定される。制御信号Ｃ１等は、ＸＯＲゲート１６を用いてＣコモン信号により反転される。
【００５１】
コントローラは、この制御入力（すなわち、どのセグメントを点灯すべきかを示すデータ）をセグメントデータ入力部２０で受け取る。この入力は、Ｎ個の並列な入力、すなわち各々がディスプレイの各セグメント用である入力を備える。セグメントに関する新しいデータは、新データラッチ２１に保持され、面積積算エンジン２２に（ＳＥＧ＿ＤＡＴＡとして）供給されてここで演算が行われ、セグメントデータラッチ１１に供給される。この２つのラッチは、信号ＰＯＬ＿ＣＬＫにより動作する。つまり、ラッチ入力上にあるデータはＰＯＬ＿ＣＬＫの立ち上がりエッジで出力に移動する。面積積算エンジンは、ＰＯＬ＿ＣＬＫのＮ倍の周波数の（図３参照）信号ＳＥＧ＿ＣＬＫにより駆動され、これによりディスプレイのＮ個のセグメントの各々を考慮した演算が可能となる。
【００５２】
このような演算は、典型的にＣコモン制御の２分の１の周期の時間で行われる。この２分の１周期の終わりに、ディスプレイを駆動するための適切な電力を求めるのに使用する新たな点灯面積値（ＡＲＥＡ）が得られる。次に、この値が電源２４に送られると、電源２４よりハーフＨ−ブリッジＨおよびＨｃに所望の電力の出力ＶＰＰが送られる。同時に（ＰＯＬ＿ＣＬＫの立ち上がりエッジで）、新たなセグメントデータがセグメントデータラッチ１１に転送されてディスプレイを点灯するのに使用される。このように、新しいセグメントデータは、一時的に新データラッチ２１に保持され、一方面積積算エンジン２２が、ディスプレイ上にデータが表示されるより前に、新たなディスプレイセグメントの集合を駆動するのに必要な電力を計算する。
【００５３】
上述のような構成により、電源２４から出力された電力は、点灯すべきディスプレイの単位面積あたりの所定レベルの電力を提供するよう設定される。これは、２０で入力されるセグメントデータとディスプレイのセグメントに関する既知の面積に基づいて点灯すべきセグメントの面積を求める面積積算エンジン２２によってなされる。
【００５４】
面積積算エンジン２２の動作について、図３を参照しながら以下に詳細に述べる。上述のように、このエンジンは、ディスプレイとの駆動極性についてのやりとりを行うのに使用される信号（ＰＯＬ＿ＣＬＫ）のＮ倍の周波数のクロック源（ＳＥＧ＿ＣＬＫ）により作動する。
【００５５】
面積積算エンジン２２の機能は、コントローラが点灯するよう要求された各セグメントの面積を集計することである。各セグメントの面積は、セグメント面積メモリ３２に各セグメントに関してＰビットのバイナリ形式で格納されている。ビット数Ｐの選択は、面積データを格納する精度によって決まる。面積積算エンジン２２は、セグメントカウンタ３７を用いて各セグメントの処理を１つずつ実行していく。このセグメントカウンタの値（ＳＥＧ＿ＮＯ）は、マルチプレクサ３１を用いてセグメントデータの対応するデータビットを選択するのに使用される。さらに、セグメントカウンタの値（ＳＥＧ＿ＮＯ）は、セグメント面積メモリ３２をアドレス指定するのにも使用される。次に、セグメント面積メモリ３２からのアドレス指定されたＰビットのデータに、複数のＡＮＤゲート３６を用いて選択されたデータビットのセグメントデータを掛ける。この掛け算の結果は、加算器３３およびアキュムレータラッチ３４により形成されるアキュムレータに渡される。あるセグメントを点灯する必要がある場合、セグメントデータの対応するデータビットは、「１」の値をとり、（それまではセグメント面積メモリ３２に格納されていた）その面積をアキュムレータラッチ３４の合計に加える。あるセグメントを点灯させる必要がない場合は、セグメントデータの対応するデータビットは、「０」の値をとり、アキュムレータラッチ３４の値は変わらない。なお、アキュムレータを事実上クリアするために、Ｎ個のセグメントの第一番目に関して（複数のＡＮＤゲート３８やＳＵＭ＿ＣＬＲ信号を反転することにより）アキュムレータラッチ３４からの値にゼロを掛けておく。ＰＯＬ＿ＣＬＫの周期（Ｃコモンの半分の周期）が終わると、全てのセグメントがチェックされ、点灯すべきセグメントの面積が集計されることとなる。この時、この新しい総面積値（ＡＲＥＡ）は、出力ラッチ３５に読み込まれる。この総数を格納するのに必要なビット数Ｑは、セグメント数Ｎおよび各面積値Ｐのビット数に依存する。
【００５６】
このような動作の結果、アウトプットラッチ３５は、点灯すべきセグメントの面積に関する値ＡＲＥＡを含むこととなる。この値は、Ｑ個の並列接続を経て電源２４に送られる。
【００５７】
電源について、図４を参照しながら以下に詳しく述べる。ＡＲＥＡデータ入力を回路が受け取ると、公知の方法による演算または参照テーブルを使用して、４０において点灯面積の平方根を求める。これにより、出力としてＰＵＬＳＥ＿ＷＩＤＴＨ値（Ｒ−ビットを用いたバイナリ形式）が得られ、パルス幅変調器４１に供給される。この値は、４２に一般的に示すフライバックコンバータを駆動する正しいパルス幅（ＰＵＬＳＥ＿ＷＩＤＴＨ）に相当する。フライバックコンバータは、インダクタ４３、ダイオード４４およびＭＯＳＦＥＴ４５を備える。
【００５８】
フライバックコンバータからの出力によりＶＰＰが得られ、これが上述のように各ハーフＨ−ブリッジに供給される。平滑化コンデンサ４６は、負荷と並列に設けられる。この平滑化コンデンサは、負荷を充電するのに必要なエネルギーを大きく増加させることなく、Ｈ−ブリッジの上流での超過電位を制御できるようにするために、負荷よりも十分に低い容量を有するよう選択される。
【００５９】
電源２４は、高周波数クロック源ＰＷＭ＿ＣＬＫにより動作する。パルス幅変調器４１は、Ｃコモンの各２分の１周期に対して１０〜５００の領域の多数のパルスを生成する。各パルスは、ＰＵＬＳＥ＿ＷＩＤＴＨ／２^Ｒのデューティーサイクルを有する。クロック信号ＰＷＭ＿ＣＬＫは、典型的には１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの領域の周波数を有する。パルス幅変調器を駆動するクロック信号がコントローラの残りの部分を駆動するクロック信号と同期する必要はない。ただし、実施態様によってはこの構成が有利であり、特に、クロック発生器の設計を簡素化したり、パルスの一部がフライバック回路に加わるのを防止するために有利である。
【００６０】
放電回路４７は、Ｃコモン信号を変化させる直前に負荷および平滑化コンデンサをグランドに放電するために設けられる。これにより、高電圧アレイスイッチ内の電力損が減少し、制御された放電路が生成される。Ｃコモンの変化の途中に負荷を放電させることも可能であるが、含まれる放電路の制御性が悪く、電流ピークが大きくなって製品回路の他の部品との電磁干渉につながる可能性がある。
【００６１】
パルス幅変調器からの出力は、ＡＮＤゲート４９を介してフライバックコンバータに供給される。このゲートのもう一方の入力は、ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ信号からの反転入力である。これにより、エネルギーの消耗を防止するために放電期間の間パルス幅変調器４１の出力がオフとなる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明にかかるコントローラとディスプレイとの相互接続を示す概略図である。
【図２】図２は、図１のコントローラのコントローラ部の動作を示す概略図である。
【図３】図３は、コントローラの面積積算エンジンの概略図である。
【図４】図４は、コントローラの電源の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロルミネセントディスプレイ用のコントローラであって、
前記コントローラは、要求されたディスプレイ出力を得るのに前記ディスプレイが必要とする電力の量を求め、略その量の電力を前記ディスプレイに供給するよう構成されるコントローラ。
【請求項２】
前記必要とされる電力が点灯すべきディスプレイセグメントの数に基づいて求められる、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
前記コントローラが、点灯すべき個々のセグメントの面積に基づいて前記必要とされる電力の量を求める、請求項１または２に記載のコントローラ。
【請求項４】
前記コントローラが面積積算エンジンを備え、
前記面積積算エンジンは、セグメントデータ入力部と、セグメントカウンタと、前記ディスプレイの前記セグメントに対応する面積データを含むメモリとを有し、前記セグメントデータ入力部からの入力に基づいて、前記メモリから点灯すべきセグメントの面積を得て積算し、点灯すべき総面積に相当する出力を提供する、請求項１、２または３に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記コントローラが、前記ディスプレイの点灯セグメントに印加する信号の相対的な位相を変化させ、これによって前記セグメントの輝度が可変となるよう構成される、先行する請求項のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項６】
点灯させる前記ディルプレイの単位面積当たりに供給される電力が、動作中所定の値に維持される、先行する請求項のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項７】
前記ディスプレイが経年変化すると、各セグメントの容量値が経年変化と共に減少するにつれて前記各セグメントに加わる電圧が増加して、前記供給される電力が同一の前記所定の値に維持される、請求項６に記載のコントローラ。
【請求項８】
エレクトロルミネセントディスプレイ用のコントローラであって、
前記コントローラは、前記ディスプレイの点灯セグメントの単位面積あたりに一定の所定電力を提供するよう構成されるコントローラ。
【請求項９】
前記ディスプレイが経年変化すると、駆動電圧に制御された増加分を供給することにより、前記コントローラが前記ディスプレイの感度の低下を補償する、請求項１から６のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記ディスプレイの感度を求め、所望レベルのディスプレイ輝度となるように前記求めた感度に応じて駆動電力を設定する、請求項９に記載のコントローラ。
【請求項１１】
前記コントローラが、既知の量のエネルギーを印加した際の負荷の到達電圧を測定するよう構成され、前記到達電圧、前記印加エネルギーの量および駆動する面積を用いて前記ディスプレイの単位面積あたりの容量を評価し、これにより前記感度を求める、請求項９に記載のコントローラ。
【請求項１２】
エレクトロルミネセントディスプレイ用のコントローラであって、
前記コントローラは、ディスプレイセグメントの感度を求め、出力輝度が前記ディスプレイの有効寿命に渡って略一定に維持されるような所望のレベルの前記出力輝度を提供する電圧で素子を駆動するよう構成される、コントローラ。
【請求項１３】
前記コントローラが、貯蔵コンデンサを有する電源を備え、
前記貯蔵コンデンサは、負荷の容量より非常に小さい容量を有し、前記コントローラの出力での電圧が周期毎に「急落」するよう構成される、先行する請求項のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項１４】
前記コントローラが、フライバック回路を有する電源を備え、
エレクトロルミネセントディスプレイを駆動するのに十分な高電圧出力を提供するためにインダクタを流れる電流が選択的に遮断され、この電流の遮断が所望の出力電力を供給するよう制御される、先行する請求項のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項１５】
前記インダクタの電流がパルス幅変調器からの出力を用いて制御される、請求項１４に記載のコントローラ。
【請求項１６】
点灯すべきセグメントの面積の平方根よりパルス幅を求める、請求項１５に記載のコントローラ。
【請求項１７】
それぞれが格差のある経年変化を経る複数の素子を有するエレクトロルミネセントディスプレイ用のコントローラであって、
前記コントローラは、前記ディスプレイの有効寿命の間、前記各素子が略等しい輝度で点灯するよう前記格差のある経年変化を補償するように、前記各素子を駆動するよう構成されるコントローラ。
【請求項１８】
先行する請求項のいずれかに記載のコントローラと組み合わせたエレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１９】
先行する請求項のいずれかに記載のコントローラの使用を含む、エレクトロルミネセントディスプレイの制御方法。
【請求項２０】
所定のディスプレイ出力を得るための正しい量の電力をシステムに伝達するよう、電源が制御される、エレクトロルミネセントディスプレイの制御方法。
【請求項１】
エレクトロルミネセントディスプレイ用のコントローラであって、
前記コントローラは、要求されたディスプレイ出力を得るのに前記ディスプレイが必要とする電力の量を求め、略その量の電力を前記ディスプレイに供給するよう構成されるコントローラ。
【請求項２】
前記必要とされる電力が点灯すべきディスプレイセグメントの数に基づいて求められる、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
前記コントローラが、点灯すべき個々のセグメントの面積に基づいて前記必要とされる電力の量を求める、請求項１または２に記載のコントローラ。
【請求項４】
前記コントローラが面積積算エンジンを備え、
前記面積積算エンジンは、セグメントデータ入力部と、セグメントカウンタと、前記ディスプレイの前記セグメントに対応する面積データを含むメモリとを有し、前記セグメントデータ入力部からの入力に基づいて、前記メモリから点灯すべきセグメントの面積を得て積算し、点灯すべき総面積に相当する出力を提供する、請求項１、２または３に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記コントローラが、前記ディスプレイの点灯セグメントに印加する信号の相対的な位相を変化させ、これによって前記セグメントの輝度が可変となるよう構成される、先行する請求項のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項６】
点灯させる前記ディルプレイの単位面積当たりに供給される電力が、動作中所定の値に維持される、先行する請求項のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項７】
前記ディスプレイが経年変化すると、各セグメントの容量値が経年変化と共に減少するにつれて前記各セグメントに加わる電圧が増加して、前記供給される電力が同一の前記所定の値に維持される、請求項６に記載のコントローラ。
【請求項８】
エレクトロルミネセントディスプレイ用のコントローラであって、
前記コントローラは、前記ディスプレイの点灯セグメントの単位面積あたりに一定の所定電力を提供するよう構成されるコントローラ。
【請求項９】
前記ディスプレイが経年変化すると、駆動電圧に制御された増加分を供給することにより、前記コントローラが前記ディスプレイの感度の低下を補償する、請求項１から６のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記ディスプレイの感度を求め、所望レベルのディスプレイ輝度となるように前記求めた感度に応じて駆動電力を設定する、請求項９に記載のコントローラ。
【請求項１１】
前記コントローラが、既知の量のエネルギーを印加した際の負荷の到達電圧を測定するよう構成され、前記到達電圧、前記印加エネルギーの量および駆動する面積を用いて前記ディスプレイの単位面積あたりの容量を評価し、これにより前記感度を求める、請求項９に記載のコントローラ。
【請求項１２】
エレクトロルミネセントディスプレイ用のコントローラであって、
前記コントローラは、ディスプレイセグメントの感度を求め、出力輝度が前記ディスプレイの有効寿命に渡って略一定に維持されるような所望のレベルの前記出力輝度を提供する電圧で素子を駆動するよう構成される、コントローラ。
【請求項１３】
前記コントローラが、貯蔵コンデンサを有する電源を備え、
前記貯蔵コンデンサは、負荷の容量より非常に小さい容量を有し、前記コントローラの出力での電圧が周期毎に「急落」するよう構成される、先行する請求項のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項１４】
前記コントローラが、フライバック回路を有する電源を備え、
エレクトロルミネセントディスプレイを駆動するのに十分な高電圧出力を提供するためにインダクタを流れる電流が選択的に遮断され、この電流の遮断が所望の出力電力を供給するよう制御される、先行する請求項のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項１５】
前記インダクタの電流がパルス幅変調器からの出力を用いて制御される、請求項１４に記載のコントローラ。
【請求項１６】
点灯すべきセグメントの面積の平方根よりパルス幅を求める、請求項１５に記載のコントローラ。
【請求項１７】
それぞれが格差のある経年変化を経る複数の素子を有するエレクトロルミネセントディスプレイ用のコントローラであって、
前記コントローラは、前記ディスプレイの有効寿命の間、前記各素子が略等しい輝度で点灯するよう前記格差のある経年変化を補償するように、前記各素子を駆動するよう構成されるコントローラ。
【請求項１８】
先行する請求項のいずれかに記載のコントローラと組み合わせたエレクトロルミネセントディスプレイ。
【請求項１９】
先行する請求項のいずれかに記載のコントローラの使用を含む、エレクトロルミネセントディスプレイの制御方法。
【請求項２０】
所定のディスプレイ出力を得るための正しい量の電力をシステムに伝達するよう、電源が制御される、エレクトロルミネセントディスプレイの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００６−５２８７８８（Ｐ２００６−５２８７８８Ａ）
【公表日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２０８９５（Ｐ２００６−５２０８９５）
【出願日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００３１７８
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１３２４８
【国際公開日】平成１７年２月１０日（２００５．２．１０）
【出願人】（５０３１８３６４０）ペリコン リミテッド (16)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００３１７８
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１３２４８
【国際公開日】平成１７年２月１０日（２００５．２．１０）
【出願人】（５０３１８３６４０）ペリコン リミテッド (16)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]